关于Swift中Struct,Class和Enum的哪些事儿 - 移动开发
前言
Swift type System
Swift是强类型的,尽管只有六种类型。
- 命名类型: protocol, class , struct , enum
- 复合类型:tuple, function
可能会有疑问,那些基本类型:Bool,Int,UInt, Float, Double, Character, String, Array, Set, Dictionary, Optional。实际上他们都是通过命名类型创建的。
Struct Class and Enum 比较
Swift中提供了多种可以结构化存储数据的方式,它们是: struct
、enum
和class
。Swift标准库中的绝大多数类型都是struct
,甚至Foundation中的一些类也提供了它们在Swift中的struct
版本,而class
和enum
只占很少一部分。
Class,Struct and Enum对比表
copy by | inheritance | static variable | instance variable | static method | instance method | |
---|---|---|---|---|---|---|
Class | Reference | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ |
Struct | Value | ✘ | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ |
Enum | Value | ✘ | ✅ | ✘ | ✅ | ✅ |
共同点:
- 都可以当作
protocol
- 都可以使用
extension
,扩充method
- 都可以使用泛型
如何抉择?
通常,在平时的编程中,按照对象的生命周期形态,可以把使用的类型分成两大类:
- 一类必须有明确生命周期的,它们必须被明确的初始化、使用、最后明确的被释放。例如:文件句柄、数据库连接、线程同步锁等等。这些类型的初始化和释放都不是拷贝内存这么简单,通常,这类内容,我们会选择使用
class
来实现。 - 另一类,则是没有那么明显的生命周期。 例如:整数、字符串、URL等等。这些对象一旦被创建之后,就很少被修改,我们只是需要使用这些对象的值,用完之后,我们也无需为这些对象的销毁做更多额外的工作,只是把它们占用的内存回收就好了。这类内容,通常我们会选择使用
struct
或enum
来实现。
Struct
Struct的定义和初始化
定义结构体
下面定义了一个二维空间坐标的类型:
struct Point {
var x: Double
var y: Double
}
这个结构体包含两个名x和y的存储属性。存储属性是被绑定和存储在结构体中的常量或变量。
初始化
- 结构体类型的逐一初始化
所有的结构体都有一个自动生成的成员逐一构造器var pointA = Point(x: 10, y: 20)
- 默认初始化
我们也可以在定义的时候直接给属性初始化struct Point { var x = 0.0 var y = 0.0 } var pointB = Point()
使用这种方法,必须给每一个属性指定默认值。因为Swift中要求
init
方法必须初始化自定义类型每个属性。如果无法做到,我们可以自定义逐一初始化方法。struct Point { var x : Double var y : Double init(_ x : Double = 0.0, y : Double = 0.0) { self.x = x self.y = y } }
当我们自定义
init
方法之后,Swift将不会再自动创建逐一初始化方法。
Struct 值类型本质
var pointB = Point(200, y: 100)
var pointC = Point(100, y: 200) {
didSet {
print("\(pointC)")
}
}
pointC = pointB
// Point(x: 200.0, y: 100.0)
pointC.x = 200
//Point(x: 200.0, y: 100.0)
通过didSet
观察pointC
的变化。当修改pointC
变量值时,控制台输出Point(x: 200.0, y: 100.0)
, 但是,修改pointC
的修改某个属性,也会触发didSet
。
这就是值语义的本质:即使字面上修改了pointC
变量的某个属性,但实际执行的逻辑是重新给pointC
赋值一个新的Point
对象。
为Struct添加方法
给struct
添加的方法,默认的都是只读的。计算Point之间的距离
extension Point {
func distance(to: Point) -> Double {
let distX = self.x - to.x
let distY = self.y - to.y
return sqrt(distX * distX + distY * distY)
}
}
pointC.distance(to: Point(0, y: 0))
当我们定义一个移动X轴坐标点的方法时,会导致编译错误:
extension Point {
func move(to: Point) {
self = to
}
}
这里提示self is immutable , 必须使用mutating
修饰这个方法, Swift编译器就会在所有的mutating
方法第一个参数的位置,自动添加一个 inout Self
参数。
extension Point {
/* self: inout Self */
mutating func move(to: Point) {
self = to
}
}
以上,是关于Struct类型的基本内容。
init
方法的合成规则- 值语义在
struct
上的表现
Enum
在Swift中,对enum
做了诸多改进和增强,它可以有自己的属性,方法,还可以遵从protocol
。
定义enum
定义了一个colorName
枚举
enum ColorName {
case black
case silver
case gray
case white
case red
//.... and so on ....
}
// 也可以写在同一行上,用逗号隔开:
enum Month {
case january, februray, march,
april, may, june, july,
august, september, october,
november, december
}
使用
let black = ColorName.black
let jan = Month.january
注意:
与C和Objective-C不同,Swift的枚举成员在被创建时不会被赋予一个默认的整数值。上面定义的枚举成员是完备的值,这些值的类型就是定义好的枚举ColorName
或Month
。
理解Enum的“Value”
case 本身就是值
func myColor(color: ColorName) -> String {
switch color {
case .black:
return "black"
case .red:
return "red"
default :
return "other"
}
}
注意
- color的类型可以通过
type inference
推导出是ColorName
。因此,可以省略enum
的名字。
- 当Switch…case…将color的所有的值都列举出来时,可以省略
default
。
绑定值(raw values)
在Swift中,enum
默认不会为case
绑定一个整数值。但是我们可以手动的绑定值,这个“绑定”来的值,叫做raw values。
enum Direction : Int {
case east
case south
case west
case north
}
现在定义Direction,Swift就会依次把case
绑定上值。
let east = Direction.east.rawValue // 0
关联值(Associated value)
在Swift中, 我们可以给每一个case
绑定不同类型的值,我们管这种值叫做Associated value
。
定义了一个表示CSSColor的enum
:
enum CSSColor {
case named(ColorName)
case rgb(UInt8, UInt8, UInt8)
}
使用:
var color1 = CSSColor.named(.black)
var color2 = CSSColor.rgb(0xAA, 0xAA, 0xAA)
switch color2 {
case let .named(color):
print("\(color)")
case .rgb(let r, let g, let b):
print("\(r), \(g), \(b)")
}
注意:
提取”关联值“的内容时,可以把let
和var
写在case
前面或者后面。例如:named
和rgb
。
协议和方法(Protocol and Method)
在Swift中,enum
和其他的命名类型一样,也可以采用protocol
。
例如: 给CSSColor添加一个文本表示。
extension CSSColor: CustomStringConvertible {
var description: String {
switch self {
case .named(let colorname):
return colorname.rawValue
case .rgb(let red, let green, let blue):
return String(format: "#%02X%02X%02X", red, green, blue)
}
}
}
结果:
let color3 = CSSColor.named(.red)
let color4 = CSSColor.rgb(0xBB, 0xBB, 0xBB)
print("color3=\(color3), color4=\(color4)")
//color3=red, color4=#BBBBBB
什么是Copy on write (COW) ?
COW是一种常见的计算机技术,有助于在复制结构时提高性能。例如:一个数组中有1000个元素,如果你复制数组到另一个变量,Swift将复制全部的元素,即使最终两个数组的内容相同。
这个问题可以使用COW解决:当将两个变量指向同一数组时,他们指向相同的底层数据。两个变量指向相同的数据可能看起来矛盾。解决方法:当修改第二个变量的时候,Swift才会去复制一个副本,第一个不会改变。
通过延迟复制操作,直到实际使用到的时候 才去复制,以此确保没有浪费的工作。
注意:COW是特别添加到Swift数组和字典的功能,自定义的数据类型不会自动实现。
值类型和引用类型(Value vs. Reference Type)
Class和Struct有很多相似的地方,他们都可以用来自定义类型、都可以有属性、都可以有方法。作为Swift中的引用类型,class
表达的是一个具有明生命周期的对象,我们关心的是类的生命周期。而值类型,我关注的是值本身。
差异对比
- 引用类型必须明确指定init方法
Swift中class
不会自动生成init
方法。如果不定义编译器报错。 -
引用类型关注的是对象本身
Circle (定义为Class)var a = Circle() a.radius = 80 var b = a a.radius = 1000 b.radius // 1000
Circle(定义为Struct)
var a = Circle() a.radius = 80 var b = a a.radius = 1000 b.radius // 80
使用值类型创建新对象时,将复制;使用引用类型时,新变量引用同一个对象。这是两者的关键区别。
- 引用类型的默认值是可以修改的
我们之前提到过,给struct
添加的方法,默认的都是只读的。如果要修改必须用mutating
来修饰。class
中则不同,我们可以直接给self
赋值。
Class
理解class类型的各种init方法
由于class
之间可以存在继承关系,因此它的初始化过程要比struct
复杂,为了保证一个class
中的所有属性都被初始化,Swift中引入一系列特定规则。
class Point2D {
var x : Double
var y : Double
}
这项写是不行了,因为没有定义初始化方法。
指定构造器(Designated init)
上面的Point2D有一个默认的初始化方法,有两种办法:第一种给每一个属性都添加默认值。
class Point2D {
var x : Double = 0
var y : Double = 0
}
let origin = Point2D()
这种方法只能创建一个固定的class
。另外一种,添加一个memberwise init
方法
class Point2D {
var x : Double = 0
var y : Double = 0
init(x: Double, y: Double) {
self.x = x
self.y = y
}
}
添加个一个memberwise init
方法,我们可以使用
let point = Point2D(x: 1, y: 1)
但是,如果你现在使用
let point = Point2D() // Error
结果会导致编译错误。 因为,我们接手了init
的定义后,编译就不会插手init
工作。所以,在定义init
方法时添加默认参数, 我们称这种初始化为 designated init
。
class Point2D {
var x : Double = 0
var y : Double = 0
init(x: Double = 0, y: Double = 0) {
self.x = x
self.y = y
}
}
便利构造器 (convenience init)
class Point2D {
var x : Double = 0
var y : Double = 0
init(x: Double = 0, y: Double = 0) {
self.x = x
self.y = y
}
convenience init(at: (Double, Double) ) {
self.init(x: at.0, y: at.1)
}
}
- 使用
convenience
关键字修改; - 必须调用
designated init
完成对象的初始化;如果直接调用self.x或self.y,会导致编译错误。
可失败构造器 (Failable init )
class Point2D {
// ....
convenience init?(at: (String, String)) {
guard let x = Double(at.0), let y = Double(at.1) else {
return nil
}
self.init(at:(x, y))
}
}
由于String tuple
版的init可能失败,所以需要用init?
形式定义。在实现里面,如果String
无法转换为成Double
, 则返回nil
。
注意:
严格来说,构造器都不支持返回值。因为构造器本身的作用,只是为了确保对象能被正确构造。因此,return nil
表示构造失败,而不能return
表示成功。
类的继承和构造过程
当类之间存在继承关系的时候,为了保证派生类和基类的属性都被初始化,Swift采用以下三条规则限制构造器之间的代理调用:
- 指定构造器必须调用其直接父类的指定构造器
- 便利构造器必须调用同类中定义的其它构造器
- 便利构造器必须最终导致一个指定构造器被调用
简单说:
- 指定构造器必须总是向上代理
- 便利构造器必须总是横向代理
init的继承
class Point3D: Point2D {
var z: Double = 0
}
let origin3D = Point3D()
let point31 = Point3D(x: 1, y: 1)
let point33 = Point3D(at: (2, 3)) // 继承基类 convenience init
- 如果派生类没有定义任何
designated initializer
,那么它将自动继承所有基类的designated initializer
。 - 如果一个派生类定义了所有基类的
designated init
,那么它将自动继承基类所有的convenience init
。
重载init方法
class Point3D: Point2D {
var z: Double
init(x: Double = 0, y: Double = 0, z: Double = 0) {
self.z = z
super.init(x: x, y: y)
}
}
在派生类自定义designated init
, 表示明确控制派生类的初始化构造过程, Swift 就不会干涉构造过程。那么,之前创建Point3D
就会出现错误。
let point33 = Point3D(at: (2, 3)) // Error
如果想让Point3D
从Point2D
继承所有的convenience init
,只有在派生类中实现所有的designated init
方法。
class Point3D: Point2D {
var z: Double
init(x: Double = 0, y: Double = 0, z: Double = 0) {
self.z = z
super.init(x: x, y: y)
}
override init(x: Double, y: Double) {
// 注意先后顺序
self.z = 0
super.init(x: x, y: y)
}
}
此时,就可以正常工作了。只要派生类拥有基类所有的designated init
方法,他就会自动获得所有基类的convenience init
方法。另外,重载基类convenience init
方法,是不需要override
关键字修饰的。
两段式构造过程
Swift为了保证在一个继承关系中,派生类和基类的属性都可以正确初始化而约定的初始化机制。简单来说,这个机制把派生类的初始化过程分成了两个阶段。
- 阶段一: 从派生类到基类,自下而上让类的每个属性有初始值
- 阶段二:所有属性都有初始值之后,从基类到派生类,自上而下对类的每个属性进行进一步加工。
两段式构造过程让构造过程更安全,同时整个类层级结构中给予了每个类完全的灵活性。两段式构造过程可以防止属性值在初始化之前被访问,也可以防止属性被另外一个构造器意外赋予不同的值。
参考
[The swift Programming Language]()
Swift Standard Library
如何学习Swift编程语言-泊学
Getting to Know Enums, Structs and Classes in Swift – raywenderlich
发布于:2023-01-18,除非注明,否则均为
原创文章,转载请注明出处。
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